如今,航空、航天和國防等關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用的設(shè)計(jì)面臨著多項(xiàng)挑戰(zhàn)。在這些應(yīng)用方面,設(shè)計(jì)人員需要設(shè)計(jì)出更強(qiáng)大、更復(fù)雜的確定性系統(tǒng),需要在尺寸、重量和功率受限(SWaP)空間中嵌入大量計(jì)算能力。而且,這些系統(tǒng)必須采用功能強(qiáng)大的安全關(guān)鍵實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行管理,從而支持高分辨率圖形的顯示,同時(shí)還需要減小解決方案的尺寸和功耗,對(duì)高可靠性環(huán)境進(jìn)行認(rèn)證,并滿足合理的上市時(shí)間和技術(shù)生命周期等要求。要在滿足上述所有要求的情況下再滿足安全關(guān)鍵認(rèn)證的要求,就會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的總體擁有成本很高。
日前,EDN受邀參加了Teledyne e2v(易圖威)公司的專訪,同時(shí)觀看了該公司最新的基于其Qormino解決方案的無人機(jī)(UAV)系統(tǒng)演示。下面EDN就帶大家了解下諸如無人機(jī)等最新關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用的強(qiáng)大之處,以及在設(shè)計(jì)這類系統(tǒng)時(shí)如何克服上述種種設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
Teledyne e2v數(shù)據(jù)處理解決方案市場(chǎng)營銷與業(yè)務(wù)發(fā)展負(fù)責(zé)人Thomas Guillemain介紹Qormino計(jì)算平臺(tái)(手上)以及Qormino包括軟硬件在內(nèi)的完整參考平臺(tái)(桌上)
航空、航天和國防市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)
據(jù)Teledyne e2v數(shù)據(jù)處理解決方案市場(chǎng)營銷與業(yè)務(wù)發(fā)展負(fù)責(zé)人Thomas Guillemain介紹,Qormino解決方案是款非常小巧的計(jì)算平臺(tái),它包含PowerPC和Arm Cortex A72兩個(gè)版本,尺寸僅為44mm×26mm,前三大應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楹娇?、航天和國防?/p>
Qormino計(jì)算平臺(tái)尺寸僅為44mm×26mm
他表示,e2v從客戶處了解到三個(gè)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì):
首先,系統(tǒng)中需要嵌入更多的計(jì)算能力,以便實(shí)現(xiàn)更多要求嚴(yán)苛的用戶案例,例如航空領(lǐng)域的密集計(jì)算和AI能力,以及在國防系統(tǒng)中加入AI。
其次,是改善系統(tǒng)的SWaP(尺寸、重量和功率)。諸如太空中的衛(wèi)星等許多空間受限應(yīng)用的尺寸正變得越來越小,也就需要提供更小的芯片組。
最后,Teledyne e2v的一個(gè)差異化特點(diǎn)是其有能力保障對(duì)所有客戶的長期供貨。
Qormino解決方案詳解
Qormino是e2v的通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)。它是上述市場(chǎng)的關(guān)鍵支柱之一,在市場(chǎng)上獲得了高度認(rèn)可,用戶可以借此簡化此類系統(tǒng)的開發(fā)。Teledyne e2v的QT1040-4GB通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)具有以下特點(diǎn):
?NXP T1040 QuadPowerArchitecture e5500內(nèi)核,頻率為1.4GHz。
?4GB DDR4內(nèi)存。
?具有64位內(nèi)存總線和8位ECC(糾錯(cuò)碼)的定制Teledyne e2v基板。
Qormino設(shè)計(jì)用于應(yīng)對(duì)SWaP(尺寸、重量和功率)限制,并且還提供:
?以小尺寸基板實(shí)現(xiàn)高性能。
?減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)間,縮短上市時(shí)間。
?15年以上的過時(shí)管理可用性。
Qormino實(shí)現(xiàn)了將高性能處理平臺(tái)與DDR4內(nèi)存的獨(dú)特結(jié)合,因此不會(huì)產(chǎn)生從頭開始設(shè)計(jì)高速內(nèi)存接口所面臨的風(fēng)險(xiǎn)。這樣可以減少開發(fā)時(shí)間和上市時(shí)間,而盡快地為客戶提供功能強(qiáng)大的硬件。
Qormino設(shè)計(jì)套件
Teledyne e2v的長期支持承諾也消除了過時(shí)管理工作,因此可降低任何相關(guān)程序的風(fēng)險(xiǎn)和成本。
另據(jù)Teledyne e2v中國區(qū)技術(shù)支持與產(chǎn)品推廣工程師高朋介紹,Teledyne旗下包含多個(gè)品牌。 e2v作為其中之一,其實(shí)是家法國公司,因此不受美國進(jìn)出口許可的影響。
如上所述,e2v的Qormino計(jì)算平臺(tái)是基于NXP CPU設(shè)計(jì),支持RTOS并提供各種豐富資源。除此之外,e2v的半導(dǎo)體部門還提供高速ADC和DAC等其他產(chǎn)品。與ADI、TI等芯片原廠(主要服務(wù)于工業(yè)和商業(yè)市場(chǎng))相比,他指出,e2v的特點(diǎn)體現(xiàn)在數(shù)十年來在軍工領(lǐng)域的know-how,能夠滿足航空、航天、軍工等領(lǐng)域所提出的高可靠性要求。換句話說,e2v專注的是高精尖。
當(dāng)然,上述無人機(jī)演示只是用來展示Qormino計(jì)算平臺(tái)強(qiáng)大的處理能力,其對(duì)各種應(yīng)用都提供兼容性,應(yīng)用也不僅限于上述三類市場(chǎng)。
e2v耐輻射Quad ARM Cortex-A72空間處理器成功通過100krad TID測(cè)試
另外,據(jù)了解,Teledyne e2v LS1046空間處理器現(xiàn)已通過嚴(yán)格的總輻射劑量(TID)測(cè)試,可達(dá)100krad。該器件具有四個(gè)64位Arm Cortex-A72處理核心,在進(jìn)行TID測(cè)試后依然能夠正常運(yùn)作。這進(jìn)一步完善了以往暴露于重離子高達(dá)60MeV.cm2/mg以上的環(huán)境中獲得的單粒子鎖定(SEL)和單粒子翻轉(zhuǎn)(SEU)結(jié)果。
Teledyne e2v LS1046空間處理器基于NXP處理器技術(shù),以高達(dá)1.8GHz的頻率運(yùn)行。它內(nèi)置了包含8位糾錯(cuò)碼(ECC)的64位DDR4 SDRAM存儲(chǔ)器控制器,以及在其內(nèi)核之間共享2MB L2高速緩存。L1和L2高速緩存均受ECC保護(hù),因此可以有效抵抗數(shù)據(jù)損壞。這款高可靠性處理器采用780球柵陣列BGA封裝,并配備多種嵌入式接口,包括10Gbit以太網(wǎng)、PCI Express(PCIe)3.0、SPI、I2C、多個(gè)UART等。它符合美國宇航局一級(jí)要求,可集成在面向空間的單板計(jì)算機(jī)(SBC)中,一般用于衛(wèi)星成像相關(guān)任務(wù),如處理、調(diào)節(jié)和圖像數(shù)據(jù)壓縮,以及超低延遲通信和機(jī)載決策(利用AI演算法)等。
有賴于最新測(cè)試結(jié)果,客戶現(xiàn)在能基于更多信息以了解LS1046空間處理器中的內(nèi)核在嚴(yán)苛環(huán)境下會(huì)如何運(yùn)行。工程師也可以參考現(xiàn)在已有的詳細(xì)測(cè)試數(shù)據(jù),做出更明智的選擇。TID的結(jié)果無疑保證了這些器件被部署到太空后的使用壽命,而SEL/SEU重離子測(cè)試結(jié)果則為功能完整性提供了更強(qiáng)的信心。
e2v的新服務(wù)緩解航空航天和國防領(lǐng)域面臨的熱量管理和功率限制難題
另外,e2v在為航空航天、國防客戶解決其高可靠性(Hi-Rel)電子處理平臺(tái)的功耗和熱量管理方面取得了進(jìn)一步進(jìn)展。該公司在2019年末宣布的服務(wù)基礎(chǔ)上擴(kuò)大服務(wù)范圍,以納入幾個(gè)關(guān)鍵的附加元素。因此,在部署高性能多核處理器的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì),可以享受更多方面的服務(wù)來提升設(shè)計(jì)的裕度。
當(dāng)面對(duì)功耗消耗過大和缺乏足夠空間來散發(fā)產(chǎn)生的熱量時(shí),工程師必須找到相應(yīng)的方法來改進(jìn)他們的設(shè)計(jì)。而今,在設(shè)計(jì)概念階段通過與Teledyne e2v合作,客戶的技術(shù)團(tuán)隊(duì)有機(jī)會(huì)更好地評(píng)估Teledyne e2v在處理器級(jí)別提供的設(shè)計(jì)裕度,這將有助于他們理解所必需保持的范圍邊界。Teledyne e2v在處理器使用方面的技能和經(jīng)驗(yàn),使其成為在在處理器系統(tǒng)上提高功效或優(yōu)化熱量管理的首選合作伙伴。
通過深入分析應(yīng)用的總體表現(xiàn),可以明確最佳方案,以克服功率預(yù)算以及與空間使用限制所帶來的潛在挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),可以查閱諸如處理器CPU負(fù)載、核心頻率和結(jié)溫等參數(shù)的數(shù)據(jù)。接下來,Teledyne e2v能夠篩選和提供功率優(yōu)化的處理器,這意味著其可以提供符合標(biāo)準(zhǔn)的最佳配合。如此一來,可以提升性能基準(zhǔn),同時(shí)節(jié)省電力資源和減少產(chǎn)生熱量。
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